DE1541980A1

DE1541980A1 - Inverses Magnetron

Info

Publication number: DE1541980A1
Application number: DE19671541980
Authority: DE
Inventors: Glenfield George E; Peter Du Fosse
Original assignee: SFD LAB Inc
Current assignee: SFD LAB Inc
Priority date: 1966-07-08
Filing date: 1967-08-09
Publication date: 1970-02-26
Also published as: US3441793A; FR1536870A; GB1161385A

Description

Patentanwalt 1 BV-CLAUSREfNIJ(NDIIlDIPL-INCH-KLAUS BERNHARDT I

8000 MÖNCHEN 23 - MAINZERSTR.5 S2 P14 D

S-P-D LABORATORIES, INC.

Union / New Jersey V. St. τ. Amerika

Inversee Magnetron

Sie Erfindung betrifft allgemein inverse Hagnetrons für Mikrowellen (reverse aagnetron microwave tubes) und insbesondere ein verbessertes inverses Magnetron mit einem Modusreiniger für den kreisförmigen elektrischen Modus im Ausgangshohlleiter, so dass am Ausgang ein reiner kreisförmiger elektrischer Modus erhalten wird. Solche Röhren sind besonders als Ausgangsröhren für Radarsysteme mit hohen Spitzenleistungen nützlich, die im Frequenzbereich von 30 GHz oder höher arbeiten.

Inverse Magnetrons (reverse magnetrons) sind bereits bekannt. Solche Röhren sind gekennzeichnet durch einen zentral angeordneten Hohlraumresonator für den kreisförmigen elektrischen Modus, der an eine Anordnung aus nach aussen gerichteten Fahnenresonatoren gekoppelt ist, die in einem Mangetron-Wechselwirkungsbereich mit einem Elektronenstrom in

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BAD

Wecheelwirkung treten, der von einem Kathodenemitterring erzeugt wird, der die Anodenanordnung umgibt. Der Auβgang wird axial über einen Hohlleiter für den kreisförmigen elektrischen Modus aus der Röhre ausgekoppelt, der mit dem Hohlraum für den kreisförmigen elektrischen Modus gekoppelt ist. Eine solche bekannte Röhre ist in der US-Anmeldung 219,702 vom 27. August I962 beschrieben.

Es ist festgestellt worden, dass in diesen Röhren die Ausgangs-P Schwingungeenergie eine Neigung zeigt, sich vom gewünschten

TE_n .-Modus in andere, nicht kreisförmige elektrische Modi zu veru, 1

wandeln. Die genaue Ursache für diesen Umwandlungsprozess ist noch nicht Yöllig geklärt. Der dominierende Modus im Ausgangshohlleiter und im Hohlraum für den kreisförmigen elektrischen Modus ist jedoch nicht der Betriebemodus TE_{n i}, und es ist bekannt, dass Störungen im Ausgangshohlleiter, wie sie mit de· Ausgangs-Mikrowellen-Fenster zusammenhängen oder mit dem Ausgangsicoppler, der die Energie aus dem Hohlraum für den kreisförmigen elektrischen Modus auskoppelt, eine Umwandlung des TE_n .-Modus in nicht kreisförmige Modi hervorrufen kann. Eine solche Umwandlung ist störend, weil die Verbraucher, an die die Röhre Energie liefert, für den TE_n .-Modus ausgelegt sind

υ, π

und merkliche Energien in anderen Modi Bogenüberschläge und Verbrennungen in den Verbrauchern und unerwünschte Abstrahlung von Störleistung verursachen können.

Erfindungsgeeäss wird der Ausgangs-Hohlleiter mit einem eingebauten Modus-Absorbierer versehen, der Energie in diesen nicht kreisförmigen elektrischen Modi absorbiert, um zu verhindern, dass sie von der

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Röhre zum Verbraucher weitergeleitet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungeiorm hat der. Modusabsorbierer die Form einer Reihe von quer gerichteten engen Schlitzen im rohriörmigen Ausgangshohlleiter. Die Schlitze öffnen sich nach aussen in einen konzentrisch angeordneten Uodusabsoröierer, der die Energie dieser nicht kreisiörmigen elektrischen Modi absorbiert. Die Querschlitze und das Modusäbsorbiererelement stören den erwünschten TE_n .,-Modus nicht, weil die diesem Modus zugehörigen Ströme alle parallel zu den Schlitzen liegen und die Schlitze relativ schmal sind. Der Ausgang einer Röhre mit einem solchen Modusaosoroierer ist also ein reiner TE_n .-Moaus.

Aufgabe der Eriindung ist es also, ein inverses Magnetron veriügbar zu machen, das hauptsächlich einen reinen TE_n .-Modus liefert.

υ, ι

Grundsätzlich wird diese Aulgabe eriindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein selektiver ModusabsorDierer vorgesehen wird, der als integrierender Teil der Röhre in den Ausgangshohlleiter eines inversen Magnetrons eingebaut ist, um die Energie nicht kreislörmiger elektrischer Modi der Ausgangsspannung zu absorbieren, so dass der Ausgang auf den gewünschten TE_n .,-Modus gereinigt wird.

υ, ι

Uemäss einer speziellen Ausbildung der Erfindung wird dieser sAektive Modusabsorbierer aus einer Reihe von ^uerschlitzen geoildet, die durch die Wand des ronrlörmigen Ausgangshohlleiters geschnitten sind und hinter aenen Energieabsorbierelemente angeordnet sind, die die Energie der unerwünschten nicht kreisiörmigen elektrischen Modi^iosoroieren,

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-4-die durch die Schlitze ausgekoppelt werden.

Gemäss noch einer speziellen Ausführungeform der Erfindung ist der eelektire Absorbierer für den nicht kreisförmigen elektrischen Modus im Ausgangshohlleiter zwischen dem Mikrowellenfeneter und dem Ausgangsflansch der Röhre angeordnet, so dass der Modusabsorbierer aueβerhalb des Yakuumgefässes der Bohre liegt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigern Fig* 1 eine perspektivische Ansicht eines inversen Magnetrons nach der Erfindung}

Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1} und Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Aussenansicht eines inversen Magnetrons 1 Bit Merkmalen der Erfindung dargestellt. Die Röhre 1 enthält einen im allgemeinen zylindrischen Zentralkörper 2, beispielsweise aus Kupfer, der die Mikrowellen»Anodenleitung und den

Kathodenemitter enthält und auf einen niedrigen Druck von beispiels-

«•8
weise 10 Torr evakuiert ist. Ein Eochspannungs-Zuführ-Isolator 3 hängt vom Hauptkörper 2 herab, um die Kathodenspannung einzuführen, beispielsweise -23kV. Ein Tuner-Gehäuse 4 ist an einem axialen Ende des Hauptkörpers 2 montiert und ein Ausgangs-Hohlleiter für den kreisförmigen elektrischen Modus mit einem Ausgangsfenster 5 ist am anderen axialen Ende des Hauptkörpers 2 angeordnet.

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Di* Röhre ist in Fig. 2 mit näheren Einzelheiten dargestellt. Ein Hohlraumresonator 6 für den kreisförmigen elektrischen Modus ist zentral im Röhrenhauptkörper in dessen Hittelachse angeordnet. Der Hohlraumresonator 6, der durch einen Raum definiert ist, der seitlich Ton einer zylindrischen Anodenwand 7» auf einem Ende von einer leitenden Endwand 8 und am anderen Ende von einer Abstimmscheibe 9 begrenzt wird, die die andere Endwand des Hohlraumes 6 bildet.

Eine Reihe von Fahnenresonatoren 11 stehen von der Hohlraumseitenwand nach aussen hervor. Eine Reihe von axial gerichteten Koppelschlitzen führen durch die Seitenwand 7 «it jedem zweiten Fahnenresonator, um den <7f -Modus des Fahnen-Resonator-Systems mit dem TE_n _Λ .«Modus des Hohl·

υ, ι ,i

raumresonators 6 zu verrasten. Ein Kathodenemitterring 12 umfängt die Fahnenresonatoranordnung 11, so dass zwischen beiden ein ringförmiger Kreuzfeldraum 13 für elektronische Wechselwirkung gebildet wird. Zwei axial voneinander entfernte, zylindrische magnetische Polschuhe 14 und 13 sind auf beiden Seiten des Wechselwirkungsbereichs 1} angeordnet, um ein axial gerichtetes Magnetfeld durch diese zu erzeugen, das orthogonal zum elektrischen Feld zwischen dem Kathodenring 12 und der Fahnenanordnung 11 liegt, die auf Anodenpotential arbeitet. Zwei C-förmige Magnete 16, die nur zum Teil dargestellt sind, sind aussen mit dem Hauptkörper 2 verbunden, um die magnetomotorische Kraft für die Polschuhe 14 und 15 zu liefern.

Der T-Modu8-Magnetron-Betrieb der Fahnenresonatoranordnung liefert Srargie in den TS_n _Λ .-Hohlraum 6. Ein Ausgangs-Hohlleiter 17 für den

U,l ,1

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kreisförmigen elektrischen Modus ist axial zur Röhre 1 angeordnet. Ein wellendurchlässiges, vakuumdichtes Fenster 18 ist über den Hohlleiter 17 dicht eingesetzt. AusgangB-Schwingungsenergie bei der Betriebsfrequenz der Röhre, beispielsweise 35 CHz₁ wird aus des Hohlraum 6 durch den Umfang der Scheibe 9 und den Hohlleiter 17 in eine geeignete Last oder einen Verbraucher, beides nicht dargestellt, gekoppelt. Ein leitender Stab 19» der auf die Mittellinie des Hohlraues 6 montiert ist, stützt die Scheibe und dient als Tuner für den Hohlraum durch Änderung der axialen Lage der . Scheibe 9· Der Stab 19 wird über übliche Einrichtungen betätigt und ist dicht mit dem Röhrenkörper 2 über einen gasdichten, flexiblen Balgen 21 verbunden·

Der Kathodenemitterring 12 wird von der Endwand 22 des zylindrischen Röhrenkörpers 2 über eine Anzahl axial gerichteter Isolatoren 23 und Federfinger 24 gestützt.

In Figuren 2 und 3 i»t der selektive Modusabsorbierer oder Reiniger näher dargestellt. Eine Reihe von Querschlitzen 31 sind durch die Seitenwand ) des zylindrischen Ausgangshohlleiters 17 ist Bereich zwischen des Ausgangsfenster 18 und einem "ttsgangshohlleiter-Montageflansch 32 eingefräst. Die Schlitze 31 sind z.B. 0,81 mm (O,O32^H) breit und sind paarweise vorgesehen, die in einer Querebene des Hohlleiters 17 liegen, jedoch auf beiden Seiten des Hohlleiters 17, und zwar so, dass jeder Schlitz 31 sich über etwa I50 des Umfange des Hohlleiters 17 erstreckt. Die Schlitzpaare 31, beispielsweise sieben Paare, sind axial durch einen Metallstreifen getrennt, der beispielsweise ebenfalls 0,81 mm (0,032") breit ist, so dass Metall und Schlitz in axialer Richtung des Hohlleiters 17 gleiche Breiten haben. Axial benachbarte Schlitzpaare 3I sind gegeneinander versetzt,

Bad

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80 dass sie rechtwinklig zueinander in den Hohlleiter eingeschnitten sind. Auf diese Weise Mäandert der axiale leitende Weg} der zwischen den Enden der Schlitzpaare 31 übrig-bleibt, um die aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung einander überlappenden Schlitzpaare 31, so dass axiale Ströme stark mit den Schlitzen 31 gekoppelt sind.

Der Hohlleiter 77 besteht aus einem zylindrischen Rohr, beispielsweise aus Messing, das mit Nickel plattiert ist. Typische Abmessungen für die Röhre 17 bei 35 GHz sindi Innendurchmesser 15,1 nut (0,594")ι ^ussendurchmesser 17,β mm (0,697") und Länge 34i5 «o (1*358"). Der Auseendurchmesser des rohrförmigen Hohlleiters 17 ist im die Schlitze 31 umfangenden Bereich verringert, so dass eine Wandstärke von 0,38 mn (0,015^w) entsteht, d.h. etwa eine halbe Schlitzbreite, um die Kopplung der Schwingungsenergie durch die Schlitze noch zu erhöh/en. Ein zylindrisches, Schwingungsenergie absorbierendes Element 33» beispielsweise kohlenstoffimprägnierte Tonerdekeramik von 15f9 m» (0,627") Innendurchmesser, 17,5 nun (0,687") Aussendurchmeaser und 22,2 mm (O,875^M) Länge umfasst den geschlitzten Bereich des Ausgangshohl1eitere, um über die Schlitze 31 ausgekoppelte Schwingungeenergie zu absorbieren. Sowohl der Ausgangshohlleiter 17 als auch der Modueabsorbierer 33 sind konzentrisch zum zylindrischen Polschuh I4 angeordnet. Der Energieabsorbierer 33 sitzt mit enger Fassung über dem Hohlleiter 17i das Spiel beträgt etwa 0,025 mm (0,001")·Der Polschuh I4 ist so geformt, dass er im kalten Zustand mit einem Spiel von etwa 0,125 «m (0,005") auf den Aussendurchmesser des Absorbieren 33 passt. Durch Vernichtung von Schwingungeenergie im Absorbierer 33 erzeugte Wärme wird vom Absorbierer 33 an den Polschuh abgeleitet, so dass dieser als Wärmeableitung für den Absorbierer 33

üient. .

0098 0 9/0585 _/fl BAD CS^WAL-

/O

Ik Betrieb wird Schwingungeenergie in nicht kreisförmigen elektrischen Modi in Auegangesignal tob TE_{n i}-Modus, die aus de· Hohlraum 6 für den kreisförmigen elektrischen Modus ausgekoppelt wird, stark mit dem yerlustbehafteten Hodusabsorbierer 33 gekoppelt und in diesem vernichtet.

Schwingungsenergie im gewünschten TE_n .-Modus wird jedoch nicht merklich

υ, ι

mit den Schlitzen 31 koppeln und läuft deshalb ungestört durch den Hohlleiter hinduroh und tritt als gereinigter TE_n .-Modus aus dem Bereich des

υ, ι

selektiren Modueabsorbierers aus.

>/Patentansprüche

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Claims

- 3 - S2 P14 D

Patentansprüche

1. Inrerae Magnetronröhre für Mikrowellen, ait einem Hohlraumresonator für ä*n kreisförmigen elektrischen üodue, einer Reihe von Fahnenresonatoren, die von diesem Hohlraumresonator nach aussen hervorstehen, wobei der Hohlraumresonator eine Heihe von Koppelschlitzen aufweist, die eine Verbindung herstellen zwischen dem Hohlraumresonator und der Heihe von tahnenreaonatoren, um die beiden Resonanzsysteme zu koppeln, so dass eine zusammengesetzte Anoden-MiJcrowellen-Leitung geoi-idet wird, einem Kathodenemitter, der die Fahnenanordnung im Abstand zu dieser umfängt, so dass ein Kreuzfeld-Wechselwirkungsbereich zwischen diesen beiden Teilen gebildet wird, um Mikrowellenenergie auf der Anodenleitung zu erzeugen, und einem Ausgangshohlleiter für den kreisförmigen elektrischen Modus» der mit dem Hohlraumresonator gekoppelt ist, um erzeugte Mikrowellenenergie abzuziehen, dadurch gekennzeichnet. dass in den Ausgangshohlleiter ein selektirer Modusabsorbierer gekoppelt ist, um Schwingungsenergie in nicht kreisförmigen elektrischen Modi zu absorbieren, Schwingungsenergie im TS_{n i}-Modus jedoch nicht merklich zu absorbieren, so dass die Mikrowellenenergie am Ausgang ein gereinigter TB_rt .-Modus ist·

BAD .ORiGiWAL

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2. Röhre nach Anspruch 1, Bit einen erakuierten Gefäsa, das die Anonenleitung und den Kathodenemitter umfasst, und bei der der Ausgangehohlleiter mit de» Hohlraue für den kreisföraigen elektrischen Modus durch eine Wand des erakuierten Gefäesee und ein gasdichtes, wellendurchlässiges Fenster in Terbindung steht, das über den Hohlleiter dicht eingesetzt ist und einen Teil des erakuierten Gefässes bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der selektive Itodusabsoroierer Ib Ausgangshohlleiter in einem Teil ausserhalb des evakuierten Gefässes angeordnet ist, so dass die Herstellung des Modusabeorbierers erleichtert wird.

3· Röhre nach Anspruch 2, bei der der Ausgangshohlleiter einen rohrförmigen Teil ausβerhalb des evakuierten Röhrengefässes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrföraige Teil eine Reihe von Schlitzen aufweist, die quer zur Längsachse des rohrföraigen Teils gerichtet sind, ein Schwingungeenergie absorbierendes Sleaent aa Aussenumfang des geschlitzten Teils des rohrföraigen Hohlleiters angeordnet ist, und dass die Schlitze Schwingungeenergie-Laufwege zwischen des Inneren des Hohlleiters und des Energie absorbierenden Eleaent bilden, damit Schwingungsenergienin nicht kreisföraigen elektrischen Modi im Ausgangshohlleiter absorbiert werden, während Energie Ib TE_n .-Ifο due innerhalb des Ausgangshohlleiters nicht merklich absorbiert wird.

4· Röhre nach Anspruch 3»Bit eines ^usgangs-Hohlleiter-Flansch am Ausgangshohlleiter, der einen integrierenden Teil der Röhre und einen Ausgang der Röhre bildet» dadurch gekennzeichnet, dass der selektive Modusabsorbierer in dem Teil des Ausgangshohlleiters angeordnet ist, der zwischen des Mikrowellenfenster und dem Ausgangeflansch liegt.

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5· Röhre nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Teil des evakuierten Rohrengefässes bildender Polschuh so angeordnet ist, dass er den geschlitzten Teil des Ausgangshohlleiters und das Schwingungsenergie absorbierende Element umfasst, um das Energie absorbierende Element durch Leitung zum es umfassenden Polschuh zu kühlen.

6. Röhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Energie absorbierende Element rohrförmig und konzentrisch zu« es umfassenden Polschuh und zum von ihm umfassten geschlitzten rohrförmigen Hohlleiter angeordnet ist.

7. Röhre nach einem,der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze axial is Abstand voneinander liegen und axial aufeinanderfolgende Schlitze sich in Umfangsrichtung überlappen, mit ihren Umfangs-Mitten aber versetzt sind, so dass eine stärkere Kopplung mit den nicht kreisförmigen elektrischen Modi erreicht wird.

β. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Wandstärke des geschlitzten Teils des geschlitzten rohrförmigen Hohlleiters kleiner ist als die axiale Breite der Schlitze, so dass eine stärkere Kopplung mit den Schwingungen absorbierenden Element erreicht wird.

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